何俊清天线与电波传播实验报告

-1-海军大连舰艇学院天线与电波传播实验报告2013级133队一区队学员姓名何俊清学号0092013044实验组别同组人实验日期10月17日实验成绩实验项目：双极天线方向图仿真实验实验目的：1.加深对双极天线工作原理的理解;2.理解双极天线的方向性及天线臂长,架设高度对天线方向性的影响3.了解双极天线的参数选取。实验器材：电脑,MATLAB软件实验原理阐述、实验方案：实验原理阐述、实验方案：双极天线可以理解成架设在地面上的对称振子,因此,研究双极天线的性质可以分两步进行。1.对称振子的方向性(1)电基本振子的远区辐射场如果对称振子的电流分布已知,则由电基本振子的远区辐射场表达式沿对称振子积分，就可以得到对称振子的辐射场表达式。电基本振子的远区（满足kr）辐射场表达式如下：-2-1sin2601sinjkrjkrrrIHjerIEjerHHEE式中：I——电基本振子的电流1——电基本振子的长度r——远区中一点到电基本振子的距离根据远区辐射场的性质可知，rE和H的比值为常数（称为媒质的波阻抗），所以，在研究天线的辐射场时，只需要其中一个量即可。通常总是采用电场强度作为分析的主体。（2）对称振子的电流分布如果将细对称振子看成是末端开路的传输线张开形成，则细对称振子的电流分布与末端开路线上的电流分布相似，即非常接近正弦驻波分布。以振子中心为原点，忽略振子消耗，则细对称振子的电流分布为：sin(1)()sin(1)sin(1)mmmIkzIzIkzIkz00zz(3)对称振子的辐射场及方向函数已知对称振子的电流分布后，将电基本振子的远区场表达式沿对称振子进行积分，就可以得到对阵振子的远区电场表达式。-3-建立上图坐标系，即可得到对称振子的辐射场表达式：1cos160()sinsin(1)jkrjkrmIeEjkzedzr60cos(1cos)cos(1)sinjkrmIklje根据方向函数定义，对称振子的方向函数如下：()cos(1cos)cos(1)()60sinmEkkfIr2.地面的影响当天线并非架设在自由空间中，而是架设在地面上时，地面将对天线的辐射场产生影响。在电波频率较低，投射角较小的情况下，地面可以被看成是良导体。此时，地面对天线辐射场的影响可用天线在地面以下的镜像来代替，即实际天线与其镜像组成了一个二元天线阵。需要注意的是，如果天线是水平架设，则为负镜像，而如果是垂直架设，则为正镜像。-4-双极天线是水平架设在地面上，根据天线阵的分析理论，可得地面镜像因子为：(,)2sin(sin)afkH式中：H——天线架设高度——仰角由表达式可知，双极天线的方向性除了和正常的方位参数（仰角，方位角）有关以外，还和天线的臂长L及架设高度H有关。本次实验正是研究双极天线的参数（臂长及架高）对天线方向性的影响。3、双极天线的方向性双极天线的方向函数如下式：(f22cos(1cossin)cos1,)2sinsin1cossinkkkH（1）垂直平面0o的xOz平面即为双极天线的垂直平面。将0o带入式中，可得双极天线垂直方向函数为：(,)1cos12sin(sin)fkkH可见，臂长1对垂直平面的方向性没有影响。（2）水平平面根据水平平面的定义，仰角为就一个常量，所以，双极天线水平平面的方向函数为：22cos(1cossin)cos(,)2sin(sin)1cossinkklfkH可见，架高H对水平平面的方向性没有影响。-5-实验方案：1、双极天线方向函数的MATLAB程序实现。建立坐标系，标示出天线的位置及放置方式，将图1中的坐标变量和sph2cart函数的坐标变量之间的关系对应好，得到双极天线的立体方向图。2、分别分析天线臂长，架高对天线方向性的影响。改变天线的臂长（从0.1到2），观察天线臂长变化对双极天线立体方向图，尤其是水平平面方向性的影响，并将结果生成avi动图文件。改变天线的架高（从0.1到2），观察天线架高变化对双极天线立体方向图，尤其是垂直平面方向性的影响，并将结果生成avi动图文件。3、根据实际需求选取天线结构参数（臂长，架高）。根据实际，计算天线的最佳结构参数（臂长，架高），并以仿真程序进行验证。实验数据：-6-实验结果分析：实验结果分析：由图可知，双极天线的方向性除了和正常的方位参数（仰角，方位角）有关以外，还和天线的臂长L及架设高度H有关，架高H对水平平面的方向性没有影响，臂长L对垂直平面的方向性没有影响。-7-实验小结及建议：通过此次实验，对matlab运用的更熟练。希望能多些实验课，在实验中检验理论，能更好地掌握和理解知识。教员评语：